Probablemente estés familiarizado con la levadura porque, cuando se fermenta en la oscuridad, convierte los carbohidratos en productos como pan y cerveza. En estos casos, la exposición a la luz puede dificultar o incluso destruir este proceso. En un nuevo estudio publicado en Current Biology, investigadores de la Facultad de Ciencias Biológicas de Georgia Tech han diseñado la primera cepa del mundo de levadura que mejora la luz y prefiere ambientes brillantes.
Anthony Burnett dijo: "Francamente, nos sorprendió lo fácil que era convertir la levadura en fotótrofos (organismos que pueden aprovechar la energía luminosa). Todo lo que tuvimos que hacer fue mover un gen y crecieron un 2% más rápido en la luz que en la oscuridad. Sin ningún ajuste fino ni persuasión elaborada, simplemente funcionó".
Dotar fácilmente a la levadura de un rasgo tan importante desde el punto de vista evolutivo podría tener enormes implicaciones para nuestra comprensión de cómo se originó este rasgo y cómo puede utilizarse para estudiar cuestiones como la producción de biocombustibles, la evolución y el envejecimiento celular.
Buscando un impulso de energía
El estudio se inspiró en trabajos anteriores del grupo que estudiaban la evolución de la vida multicelular. El equipo publicó su primer informe sobre el Experimento de Evolución Multicelular a Largo Plazo (MuLTEE) en Nature el año pasado, revelando cómo su organismo modelo unicelular, la levadura copo de nieve, evolucionó de forma multicelular a lo largo de 3.000 generaciones.
En estos experimentos evolutivos surgió una limitación importante de la evolución multicelular: la energía.
"El oxígeno tiene dificultades para difundirse profundamente en el tejido, por lo que se obtiene tejido que no tiene la capacidad de ganar energía". "He estado buscando formas de sortear esta limitación energética basada en el oxígeno".
Una forma de proporcionar energía a los organismos vivos sin el uso de oxígeno es a través de la luz. Pero desde una perspectiva evolutiva, la capacidad de convertir la luz en energía utilizable es complicada. Por ejemplo, la maquinaria molecular que permite a las plantas utilizar la luz como energía involucra muchos genes y proteínas que son difíciles de sintetizar y transferir a otros organismos, tanto en el laboratorio como a través de la evolución natural.
Afortunadamente, las plantas no son las únicas criaturas que convierten la luz en energía.
mantenlo simple
Una forma más sencilla para que los organismos utilicen la luz es con rodopsina: una proteína que convierte la luz en energía sin necesidad de maquinaria celular adicional.
"La rodopsina se encuentra en todo el árbol de la vida y aparentemente fue adquirida por organismos que adquirieron genes entre sí durante la evolución", dijo Autumn Peterson, autora principal del estudio.
Este tipo de intercambio genético se llama transferencia horizontal de genes e implica compartir información genética entre organismos que no están estrechamente relacionados. La transferencia horizontal de genes puede provocar saltos evolutivos aparentemente enormes en un corto período de tiempo, como la forma en que las bacterias se vuelven rápidamente resistentes a ciertos antibióticos. Esto puede suceder con toda la información genética, pero especialmente con la proteína rodopsina.
"Mientras buscábamos formas de transferir rodopsina a levaduras multicelulares, descubrimos que podíamos comprender la transferencia horizontal de rodopsina que ocurrió en el pasado durante la evolución transfiriéndola a levaduras unicelulares normales".
Para ver si podían dotar a los organismos unicelulares de rodopsina solar, los investigadores añadieron a la levadura de panadería común un gen de rodopsina sintetizado por un hongo parásito. Este gen en particular codifica una forma de rodopsina que se inserta en las vacuolas de la célula, la parte de la célula que, como las mitocondrias, convierte los gradientes químicos creados por proteínas como la rodopsina en energía.
Equipada con rodopsina vacuolar, la levadura creció alrededor de un 2 por ciento más rápido bajo la luz, un gran beneficio para la evolución.
"Aquí tenemos un solo gen y simplemente lo trasladamos a través de entornos hasta formar un linaje que nunca antes había sido fototrófico, y funciona así". "Esto demuestra que es realmente fácil para este sistema funcionar, al menos a veces, en un organismo nuevo".
Esta simplicidad proporciona conocimientos evolutivos clave, y los investigadores ilustran "con qué facilidad y por qué la rodopsina puede extenderse a través de tantos linajes".
Dado que la función vacuolar puede contribuir a la senescencia celular, el grupo también comenzó a colaborar para investigar cómo la rodopsina podría reducir los efectos del envejecimiento en la levadura. Otros investigadores han comenzado a utilizar nuevas levaduras similares alimentadas por energía solar para estudiar la producción biológica avanzada, lo que podría marcar un avance importante en la síntesis de biocombustibles y más.
Sin embargo, el equipo está más interesado en explorar cómo este beneficio adicional afecta la transición de levaduras unicelulares a organismos multicelulares.
"Tenemos este hermoso y simple modelo de sistema multicelular", dijo Burnett, refiriéndose al Experimento de Evolución Multicelular a Largo Plazo (MuLTEE, por sus siglas en inglés) de larga duración. "Queríamos darle fotonutrientes y ver cómo eso cambia su evolución".